No musical "Victor Victoria", Julie Andrews canta uma nota alta no final do ato de cabaré parisiense de sua personagem. Ela sustenta a nota e as taças de champanhe ao redor da sala se estilhaçam. Isso demonstra brilhantemente como sons de alta frequência podem quebrar materiais.
Se você quiser saber mais, visite nosso site Nekon.
Mas você sabia que sons de alta frequência podem ser usados para unir materiais? Uma tecnologia chamada soldagem ultrassônica é utilizada para montar produtos de diversas indústrias — variando de dispositivos médicos a tênis para esportes e automóveis.
Anúncio
Normalmente, você pode unir materiais usando fixadores como pregos, parafusos ou costuras. Isso é apropriado para metais, madeira, tecidos e plásticos. Para muitos plásticos, colas são usadas; as colas formam ligações químicas entre a própria cola e as superfícies dos materiais plásticos unidos. Metais podem ser mantidos juntos aquecendo outros metais como agente de ligação, como solda de chumbo em conexões elétricas. Alternativamente, os metais podem ser diretamente fundidos juntos (soldagem); uma vez que as superfícies metálicas fundidas esfriem, os metais se unem. A soldagem geralmente requer uma chama aberta ou tocha para atingir as altas temperaturas necessárias para derreter as superfícies metálicas juntas. Assim, pode ser um processo caro para alguns trabalhos de manufatura.
Uma nova técnica de soldagem mais econômica foi introduzida nos anos 90. A técnica, soldagem ultrassônica, utilizou vibração ultrassônica e pressão para unir metais e exigiu menos energia do que a soldagem convencional.
A soldagem metálica ultrassônica se desenvolveu durante os anos 90 até os anos 2000 à medida que a eletrônica usada nos equipamentos se tornava mais sofisticada e os computadores podiam controlar o processo. Desde então, a técnica tem sido aplicada a plásticos, onde realmente se popularizou.
Neste artigo, vamos olhar para o equipamento e o processo físico da soldagem ultrassônica, como a New Balance a utilizou para fazer tênis esportivos, e as vantagens e desvantagens desta técnica. Primeiro, vamos dar uma olhada mais de perto em como as ondas sonoras unem materiais, tanto metálicos quanto plásticos.
Agradecemos a Kenneth Straka, Desenvolvedor Sênior de Produtos da New Balance, por sua assistência neste artigo.
Anúncio
Esfregue suas mãos rapidamente uma contra a outra. Notou algo? Elas aqueceram, certo? Se você pegar um martelo e bater rapidamente e repetidamente em uma superfície metálica, você verá que o lugar onde o martelo atinge o metal também esquenta. Em ambos os exemplos, o calor é gerado devido ao atrito. Agora imagine esfregar suas mãos ou bater com o martelo milhares de vezes por segundo.
O calor gerado pelo atrito pode aumentar significativamente a temperatura em um tempo muito curto. Basicamente, sons de alta frequência (ultrassom) causam vibrações rápidas dentro dos materiais a serem soldados. As vibrações fazem com que os materiais se esfreguem um contra o outro e o atrito eleva a temperatura nas superfícies em contato. Esse calor rápido gerado pelo atrito cria as condições necessárias para que os materiais se unam.
Anúncio
O equipamento de soldagem ultrassônica possui quatro partes principais. Uma fonte de alimentação converte eletricidade de baixa frequência (50-60 Hz) em eletricidade de alta frequência (20 - 40 kHz; 1 kHz = 1000 Hz). Em seguida, um transdutor ou conversor transforma a eletricidade de alta frequência em som de alta frequência (ultrassom). Um amplificador aumenta as vibrações de ultrassom. Por fim, um cornete ou sonotrodo foca as vibrações de ultrassom e as entrega aos materiais a serem soldados. Além dessas peças, há uma bigorna na qual os materiais soldados são empilhados e mantidos. Também existe algum método para aplicar força (geralmente pressão de ar fornecida por um pistão pneumático) para manter os materiais unidos durante a soldagem.
Então, quais materiais e indústrias se beneficiam desse processo inteligente? A soldagem ultrassônica de plásticos é amplamente utilizada na fabricação de eletrônicos, dispositivos médicos e peças de automóveis. Por exemplo, a soldagem plástica ultrassônica é usada para fazer conexões elétricas em placas de circuito de computadores e para montar componentes elétricos, como transformadores, motores elétricos e capacitores.
Dispositivos médicos, como cateteres, válvulas, filtros e máscaras faciais, dependem dos processos de soldagem ultrassônica. A indústria de embalagens usa essa técnica para fabricar filmes, montar tubos e embalagens de bolha. Até a Ford Motor Company explorou o uso de soldagem ultrassônica para fazer chassis de alumínio em carros.
Agora que você conhece os princípios básicos da soldagem ultrassônica, vamos analisar o próprio processo de soldagem.
Anúncio
O processo básico da soldagem ultrassônica pode ser descrito pelos seguintes passos:
- As peças a serem soldadas são colocadas na bigorna ou fixador.
- O cornete entra em contato com as partes a serem soldadas.
- A pressão é aplicada para manter o cornete em contato com os materiais soldados e mantê-los unidos.
- O cornete entrega vibrações ultrassônicas para aquecer os materiais. As vibrações se movem a menos de um milímetro, seja para cima e para baixo ou de lado a lado.
- Os materiais são soldáveis.
- O cornete é retratado e os materiais soldados podem ser removidos da bigorna.
Os tempos de soldagem, as pressões aplicadas e as temperaturas são controlados por um computador ou microprocessador dentro do aparelho de soldagem. E o que realmente acontece durante o processo de soldagem depende da natureza dos materiais. Nos metais, as vibrações ultrassônicas são entregues paralelamente ao plano dos materiais.
Anúncio
O calor gerado pelo atrito aumenta a temperatura das superfícies metálicas a cerca de um terço da temperatura de fusão, mas não derrete os metais. Em vez disso, o calor remove óxidos metálicos e filmes das superfícies. Isso permite que os átomos de metal se movam entre as duas superfícies e formem ligações que mantêm os metais juntos.
No caso dos plásticos, as vibrações são perpendiculares ao plano dos materiais e o calor gerado pelo atrito aumenta a temperatura o suficiente para derreter os plásticos. As moléculas de plástico se misturam e formam ligações. Ao esfriar, as superfícies plásticas se soldam. Os tempos de soldagem podem variar, mas as soldas podem se formar em tão pouco tempo quanto 0,25 segundos.
Os fatores que variam na soldagem ultrassônica são a frequência das ondas sonoras (geralmente 20, 30 ou 40 kHz), a pressão aplicada para manter os materiais juntos e o tempo durante o qual o ultrassom é aplicado (frações de segundo a mais de um segundo).
A técnica de soldagem ultrassônica descrita funciona bem para materiais (metais, plásticos) que são similares. Mas e quanto a materiais que não são similares? Vamos abordar essa questão olhando como a New Balance usou a soldagem ultrassônica para montar tênis esportivos.
Anúncio
Olhe para um par de tênis esportivos. Enquanto os sapatos tradicionais podem ser feitos de um único material, como lona ou couro camurça, muitos tênis possuem vários materiais como polímeros plásticos leves, camurça ou camurça sintética, e malha combinados. Esses materiais compostos tornam os sapatos leves, flexíveis, duráveis e respiráveis. Por exemplo, um estilo de tênis esportivo da New Balance possui uma parte superior que consiste em três partes.
- Um padrão de camurça sintética chamado vamp - O vamp compõe a maior parte do sapato superior, incluindo a ponta, a língua e as fileiras de ilhós para os cadarços.
- Um padrão de camurça sintética chamado fileira de ilhós de sela - A fileira de ilhós de sela contém os dois ilhós superiores para reforçar o cadarço e reduzir o desgaste.
- Uma camada de malha - A malha envolve a parte do calcanhar do vamp e a parte superior da abertura ao redor do tornozelo.
Mas como você reúne esses materiais? Mais comumente, as empresas de calçados costuram os materiais juntos. No entanto, há cerca de dois a três anos, a New Balance decidiu fazer a parte superior de um sapato sem costura. Após experimentar filmes adesivos de polímero e prensas de ferro, eles criaram uma maneira de fazer essa parte do sapato usando soldagem ultrassônica.
Anúncio
Conteúdo em destaque:Como a IA Transformará Manipuladores de Soldagem?
Fornecedor de Posicionador do Tipo L
Os Melhores Lugares para Comprar Posicionador de Soldagem de Auto Online e na Loja
Quer mais informações sobre Soldador Ultrassônico? Sinta-se à vontade para nos contatar.
Para montar a parte superior do sapato, os trabalhadores começam com um pedaço de material de camurça sintética. Eles usam uma prensa a vapor para unir uma fina folha de filme adesivo quente na parte de trás do material. Em seguida, uma montagem de soldagem ultrassônica prensa um padrão de vamp em um material de camurça. Da mesma forma, uma máquina de soldagem ultrassônica semelhante prensa a fileira de ilhós de sela de outro pedacinho de camurça sintética. O formato do vamp é cortado da camurça. A fileira de ilhós de sela e o material de malha são soldados ultrassonicamente ao vamp. Nesse processo, o calor gerado pelo atrito da soldadora ultrassônica derrete o filme adesivo quente, que une a fileira de ilhós de sela e o material de malha ao vamp. O vamp final é então moldado e unido às peças da sola e do calcanhar usando solventes à base de água.
De acordo com Kenneth Straka, Desenvolvedor Sênior de Produtos da New Balance, os métodos de soldagem ultrassônica aumentaram a produtividade ao economizar tempo. Não só os soldadores ultrassônicos distribuem o calor de maneira mais uniforme do que as prensas de ferro, como também aquecem e esfriam mais rapidamente. Assim, o processo de montagem requer menos etapas e é mais rápido do que os métodos de costura tradicionais.
Agora que vimos como a soldagem ultrassônica é usada para unir vários materiais, vamos considerar as vantagens e desvantagens desta técnica.
Anúncio
A soldagem ultrassônica tem muitas vantagens sobre os métodos tradicionais. Para começar, a soldagem ocorre a baixas temperaturas em relação a outros métodos. Portanto, o fabricante não precisa despender grandes quantidades de combustível ou outra energia para alcançar altas temperaturas. Isso torna o processo mais barato. Também é mais rápido e seguro.
O processo ocorre em frações de segundo a segundos. Assim, pode ser realizado mais rapidamente do que outros métodos. De fato, pode unir plásticos melhor e mais rápido do que as colas. Por exemplo, as novas chaves inteligentes nos carros têm um chip transponder nelas. O carro só pode ser acionado quando reconhece o chip. Para fazer a chave, uma extremidade do bloco-chave metálico e o chip são colocados em uma metade do topo de plástico. A outra metade é colocada sobre eles e unida à metade base. Essa união normalmente seria realizada com cola, que leva tempo para curar. A mesma tarefa pode ser feita com soldagem ultrassônica em menos de um segundo.
Anúncio
A soldagem ultrassônica não requer combustíveis inflamáveis e chamas abertas, portanto, comparado a outros métodos de soldagem, é um processo mais seguro. Os trabalhadores não estão expostos a gases inflamáveis ou solventes nocivos. Em eletrônicos, fios de cobre geralmente são unidos a contatos elétricos em placas de circuito com solda. A mesma tarefa pode ser realizada usando soldagem ultrassônica em uma fração do tempo e sem expor os trabalhadores a fumaça do soldador que queima chumbo. Embora a audição dos trabalhadores possa ser prejudicada pela exposição a sons de alta frequência, esse potencial perigo pode ser facilmente reduzido ao enclausurar a máquina de soldagem ultrassônica em uma caixa de segurança ou gaiola e/ou usar proteção auditiva.
Finalmente, as soldas ultrassônicas são tão fortes e duráveis quanto as soldas convencionais dos mesmos materiais — que é apenas uma das razões pelas quais o método está sendo usado na fabricação de automóveis. Para tornar os carros mais leves e mais eficientes em termos de combustível, os fabricantes de automóveis estão se voltando para o alumínio como o principal metal na carroceria dos carros. A soldagem ultrassônica pode ser usada para unir o metal em menos tempo e a temperaturas mais baixas do que a soldagem tradicional.
A soldagem ultrassônica também tem suas limitações. Primeiro, as profundidades das soldas são inferiores a um milímetro, então o processo funciona melhor em materiais finos como plásticos, fios ou chapas de metal finas. Soldar ultrassonicamente uma viga de aço para um prédio não seria prático. Em segundo lugar, funciona melhor ao soldar materiais similares, como plásticos similares ou metais similares. Como você viu com os tênis da New Balance, soldar ultrassonicamente materiais dissimilares requer um material adicional — no caso dos tênis da New Balance, é um filme que pode ser unido entre a camurça sintética e a malha.
Apesar dessas limitações, a popularidade e o potencial da soldagem ultrassônica continuam a crescer.
Anúncio
A soldagem ultrassônica é um método preciso e eficiente para unir componentes plásticos. Vários fatores influenciam o sucesso e a qualidade deste processo. Aqui estão os principais elementos a considerar:
1. Material do Produto
O tipo de plástico utilizado afeta significativamente o processo de soldagem ultrassônica. Alguns materiais se soldam mais facilmente do que outros, dependendo de seus pontos de fusão e estruturas moleculares.
2. Design do Ponto de Direcionamento de Energia
Um design adequado dos diretores de energia garante a transferência eficiente de energia e aquecimento localizado, o que é crucial para uma solda forte.
3. Precisão do Molde
Um design de molde preciso e a depuração são essenciais para garantir o alinhamento adequado e a distribuição de pressão durante a soldagem.
4. Temperatura ao Redor da Peça de Trabalho
A temperatura ambiente pode influenciar o processo de soldagem, afetando as propriedades do material e a consistência da solda.
5. Material da Cabeça de Soldagem
O material da cabeça de soldagem deve ser compatível com o material da peça de trabalho para evitar desgaste e garantir uma transferência eficiente de energia.
6. Design da Cabeça de Soldagem
O design da cabeça de soldagem, incluindo sua forma e tamanho, impacta a distribuição de energia ultrassônica e a eficácia da solda.
7. Amplitude da Cabeça de Soldagem
A amplitude, ou o grau de vibração da cabeça de soldagem, precisa ser otimizada para diferentes materiais e requisitos de soldagem.
8. Design do Suporte Inferior do Molde
Um molde inferior bem projetado fornece suporte estável, garantindo a distribuição uniforme de pressão e prevenindo a deformação durante a soldagem.
9. Design das Superfícies de Contato e Junta
O design das superfícies de contato e das juntas afeta como as partes se encaixam e a resistência da solda resultante.
10. Forma e Tamanho da Peça de Trabalho
As dimensões da peça de trabalho podem influenciar a distribuição de energia ultrassônica e a eficiência geral da soldagem.
11. Tratamento de Superfície
A preparação da superfície, como limpeza ou rugosidade, pode melhorar o processo de soldagem ao promover melhor absorção de energia e adesão.
12. Energia Transferida para a Peça de Trabalho
A quantidade de energia transferida é crítica. Energia insuficiente ou excessiva pode levar a soldas fracas ou danos ao material.
13. Compatibilidade dos Materiais Plásticos
Diferentes plásticos têm níveis de compatibilidade variados, afetando quão bem eles podem ser soldados juntos.
14. Outros Fatores
Fatores adicionais incluem materiais de preenchimento, dispositivos de fixação e outros equipamentos auxiliares que podem afetar a precisão e a qualidade da solda.
Para mais informações, visite Soldador Ultrassônico para Plástico.
Comments
Please Join Us to post.
0